본 논문은 UWB(Ultra Wide-band) 통신 시스템에서 효과적인 신호 검출 알고리즘을 제안한다. UWB 통신 시스템은 차세대 통신 시스템으로 각광 받고 있는 기술로써, 매우 낮은 파워의 송신 신호를 사용한다. 그로 인해 잡음 및 다중 경로 환경하에서 신호 검출 알고리즘이 시스템 성능에 매우 중요한 부분으로 작용한다. 제안된 알고리즘은 신호 검출 성능을 높이기 위해, 신호의 정확한 위치를 잡는 Tracking과정에서 사용되는 DLL 구조를 활용하여 보다 세밀한 신호 탐색이 가능하다. 실험 결과 신호 위치를 기준으로 신호길이의 1/3 내에서 신호를 검출할 확률이 AWGN 15dB 이하에서 30% 정도 높아짐을 확인하였다.
SMART 계측제어계통 측정신호의 신뢰성을 높이기 위한 실시간 신호검증알고리듬을 개발하였다. 개발된 알고리듬은 선행고장검출행렬, 아날로그 신호용 다중성 기법, 접촉신호용 논리표 알고리듬, 주파수 신호용 다중성 기법 그리고 아날로그 센서 경증을 위한 통계적 모듈의 5개 모듈로 구성되어 있다. 선행고장검출행렬은 측정 신호 중에서 고장의 가능성이 있는 신호를 추출하여 선정된 신호만을 적절한 알고리듬으로 검증하도록 함으로써 전체적인 수행시간을 감소시킨다. 아날로그 신호검증 모듈은 아날로그 측정신호에 대한 물리적/해석적 다중성에 입각하여 고장신호의 크기, 위치를 검출하며, 접촉신호 검증 모듈은 접촉신호들간의 논리값을 비교하여 발생 불가능한 논리값을 가지는 신호를 고장신호로 검출한다. 주파수신호는 아날로그 신호와 유사한 기법을 구현하였으며, 통계적 모듈은 아날로그 센서 자체의 물리적 건전성을 검사하는 모듈이다. 현재 SMART의 설계가 확정되어 있지 않으므로 개발된 신호검증알고리듬을 시험하기 위해서 여러 주요 공정변수가 표현되는 상용 원자로의 냉각재계통을 대상으로 검증 알고리듬을 구현하였으며, 운전모사기로 모사된 신호를 이용하여 개발된 신호검증알고리듬을 시험하였다. 시험결과 각 모듈별로 적절히 고장을 검출함을 보였다.
기존 SM MIMO 시스템을 위한 신호검출 기법인 OSIC 계열의 기법과 준최적 신호검출 기법인 QRD-M 기법을 협력적 공간다중화 기반 상향링크 다중사용자 시스템에 적용할 경우 사용자별 신호의 검출성능에 차이가 발생한다. 본 논문에서는 협력적 공간다중화 기반 상향링크 다중사용자 시스템을 위한 사용자간별 검출성능 차이가 발생하지 않으면서 최적 신호검출 기법과 유사한 성능을 보이는 신호검출 기법을 제안한다. 제안된 신호검출 기법의 연산복잡도는 QPSK 변조에서는 QRD-M과 유사하지만, 16-QAM, 64-QAM과 같이 높은 차수의 변조방식의 시스템에서는 QRD-M에 비해 매우 낮은 연산복잡도를 가진다.
본 논문에서는 위상/주파수 검출기을 설계시 문제가 되는 Reference Spur을 없게 하여 Low Noise를 구현할 수 있는 No Spike PFD(Phase Frequency Detector)를 제안한다. 위상동기루프의 특별한 형태로 차지 펌프 위상동기루프가 있다. 차지 펌프위상동기 루프는 일반적으로 3-state 위상/주파수 검출기를 이용한다. 이 3-state 위상/주파수 검출기는 기준 신호와 VCO 출력 신호의 위상차에 비례하는 디지털 파형으로 출력을 내보낸다. 차지 펌프 위상동기루프 그림 1 처럼 디지털 위상/주파수 검출기(PFD), 차지 펌프(CP), 루프 필터(LF), VCO로 구성된다. PFD 는 기준 신호와 VCO 에 의해 만들어진 출력 신호를 입력받아 각각의 위상과 주파수를 비교한다. 즉, 출력 신호가 기준 신호보다 느릴 때에는 출력 신호를 앞으로 당기기 위해서 up 신호를 넘겨주고, 출력 신호가 기준 신호보다 빠를 때에는 출력 신호를 뒤로 밀기 위해 down 신호를 넘겨준다. 차지 펌프(CP)의 전류를 Ip 라고 한다면, CP 에서 LF 로 흐르거나, LF에서 CP로 흐르는 전류 Ip의 평균량이 기준 신호와 VCO 출력 신호의 위상차에 비례하는 것이다.
본 논문에서 다중 경로 T-DMB 환경에서 신호검출 알고리즘을 적용하여 성능을 분석하였다. 가우시안, Rayleigh, COST 207 채널을 각각 적용하여 다중 환경에서 다양한 파라미터를 변화시켜 연구하였다. 최종 실험결과는 주파수 유무에 따라 비트화로 정의하여 비교 분석하였으며, 검출하기 위한 신호는 T-DMB 표준을 참고하여 생성하였다. 실험에 있어서 적용된 신호검출 기법은 에너지 검출 기법을 적용하였으며, 생성 신호의 길이에 따라 실험을 하였다. 실험결과로써는 다중 환경에 따른 다양한 결과값을 얻을 수 있었으며, 뿐만 아니라 신호 길이에 따른 성능 분석을 할 수 있었다. 신호의 길이가 증가할수록 검출시간이 길어져 성능과 비례함을 확인할 수 있었다. 우리는 이번 신호검출 실험을 실제 T-DMB 환경에서 적용할 수 있도록 연구를 하였다.
심전도에서 QRS complex와 R-wave의 검출은 부정맥 진단, 심전도의 특성점 검출 기준, heart rate variability(HRV) 측정에 있어서 중요하나, 시시각각 변화하는 생리적 변화와 여러 가지 노이즈로 인해 검출이 쉽지 않다 제안된 알고리듬에서는 wavelet filter banks를 이용하여 대칭적 enhanced 신호와 noise 와 같은 very high frequency 성분이 제거된 ECG에 근사화 된 approximated 신호를 얻는다. Enhanced 신호로부터 QRS complex의 위치를 검출하고, 검출된 위치의 주변에서 대칭적 wavelet의 특성이 반영된 dominant한 peak의 위치정보, 즉 R wave의 후보점을 얻는다. 이 위치 정보를 이용하여 enhanced 신호에서 각 peak에서의 크기, approxi-mated 신호에서 각 peak 주변에서의 기울기 변화, 기울기 부호 등을 고려하여 R-wave의 위치를 원래의 ECG 신호에서 얻는다. MIT/BIH database에 적용한 결과 99.6%의 QRS complex검출률과 92.9%의 R-wave 검출률을 보였다.
본 논문에서는 미지의 반송파주파수를 가진 협대역 신호의 존재를 광대역에서 검출하는 문제를 고려하였다. DFT 전력 스펙트럼을 평균화하여 주파수 영역에서 Neyman-Pearson criterion을 사용하여 신호를 검출하는 방법을 사용하였다. 평균화된 DFT 스펙트럼의 통계적 특성과 검출 threshold 및 검출 확률을 분석하여 보았다.
UHF RFID 시스템에서는 출력제한의 엄격히 규제됨에 따라 리더의 출력신호에 의존하는 패시브 태그의 후방산란(Backscattering)되는 신호는 매우 낮은 전력을 가진 미약한 신호가 되어 왜곡과 잡음의 영향을 크게 받는다. 이러한 문제는 신호검출을 어렵게 만들고 이를 개선하기 위하여 리더의 시스템은 복잡해지고 있다. 또한 현장에서 신호 검출을 위하여 근접거리에 리더를 설치하거나 협소한 공간에 다수의 리더를 설치하여 신호 검출을 하고 있다. 이러한 설치 방법은 사고의 위험이나 리더 간의 간섭에 따른 신호 검출을 더욱 어렵게 하고 있다. 본 논문에서는 태그의 패키징과 리더 안테나의 개선을 통한 태그의 인식거리 개선을 통해 신호검출의 신뢰성을 확보하는 방안에 대해서 제안하고자 한다.
본 논문에서는 복호키를 모르는 해독자의 입장에서 주파수 영역 비화 및 시간 영역 비화(의사 난수 치환 방법, 유니폼 치환 방법, 의사난수-유니폼 치환 방법)되어진 미지의 신호를 수신한 후 비록 영역을 판단하는 알고리즘과 원 신호를 검출하는 알고리즘을 제안하였다. 그리고 원신호 검출 소요 시간을 측정한 후 사용하고자하는 스크램블링 방식에서 적절한 키를 선택하는 방법을 제시하였다. 각 비화 영역 신호의 세기와 3.6KHz 고역 통과 필터링 후의 신호의 세기를 비교ㆍ분석한 후 비화 영역을 판단하였으며, 퓨리에 변환 후의 신호의 특성과 영교차점(zero-crossin )을 비교ㆍ분석한 후 원 신호를 검출하는 알고리즘을 구현하였다. 그리고 각 영역 비화 신호에 대한 원 신호의 검출 시간을 비교하므로써 7일 동안 보호가 필요한 정보를 비화시키는데 필요한 비화 단위인 블럭의 크기(즉, 키의 크기)를 제안하였다.
본 논문에서는 신호 모델링 기법을 이용하여 소총화기에서 발생하는 탄환충격파(SW, Shock Wave) 음향신호와 총성(MB, Muzzle Blast) 음향신호를 효과적으로 검출할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 전장에서 저격수의 위치를 탐지하기 위해서는 저격수의 소총화기에서 발생하는 탄환충격파와 총성 신호를 정확하게 검출하여 적 저격수의 방향각과 거리를 추정하는 것이 중요하다. 제안 알고리즘의 성능을 검증하기 위하여 국내 군 사격장에서 실제 소총화기 발사 실험을 진행하였고, 실험결과 제안 알고리즘은 탄환충격파 신호 검출에 있어 기존 알고리즘에 비해 최대 20% 가까운 성능향상을, 총성 신호 검출에 있어서는 약 5% 정도의 성능향상을 가져옴을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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